Die Geschichte und Entwicklung des bedeutendsten C

Die Geschichte und Entwicklung des bedeutendsten Computerchips:

Der Prozessor (CPU)



In dieser Arbeit befasse ich mich mit der Entstehung und Entwicklung des HerzstĂŒckes jedes PCs,
mit dem Prozessor oder auch kurz CPU genannt.
Ich werde in meinem Referat hauptsĂ€chlich ĂŒber die Prozessoren der Firma INTEL referieren, da diese hier geradezu Pionierarbeit geleistet hat. Es gibt auch immer mehr ernstzunehmende Konkurrenz fĂŒr INTEL, wie z.B. die Firmen AMD, CYRIX und IBM

Ich habe dieses Thema gewÀhlt, weil ich mich privat sehr viel mit PCs und ihren vielseitigen Anwendungen beschÀftige.


Die Aufgabe des Prozessors (CPU) in einem Computersystem

Der unbestritten und mit Abstand wichtigste Chip auf jeder PC - Hauptplatine ist der Prozessor.
Ohne ihn lĂ€uft absolut gar nichts. Man spricht auch von der CPU (Central Processing Unit), was wörtlich ĂŒbersetzt "Zentrale Verarbeitungseinheit" heißt und den Nagel auf den Kopf trifft.
Der Prozessor ist tatsĂ€chlich das zentrale Element im Datenverarbeitungsprozeß eines PC - Systems.

Die CPU steuert sÀmtliche VorgÀnge und AblÀufe dieses Prozesses.
Sie ist der Dirigent der Hardware. Ohne sie ist ein funktionsgerechtes Zusammenspiel der ĂŒbrigen Komponenten der PC - Hauptplatine nicht möglich. Direkt oder indirekt ist der Prozessor mit jedem anderen Bauteil auf dem Motherboard verbunden.
DafĂŒr stehen ihm Adreß - und Datenleitungen sowie Steuerleitungen zur VerfĂŒgung.
Diese Leitungen werden auch als Bussysteme bezeichnet. Je nach Leistungsklasse des Prozessors sind diese Bussysteme unterschiedlich ausgeprÀgt, wie wir spÀter noch sehen werden.

Der innere Aufbau - die internen Funktionseinheiten der Prozessoren hat sich im Verlauf der PC - Entwicklung drastisch verÀndert. Immer mehr Transistoren und feste Verdrahtungen mussten auf kleinstem Raum untergebracht werden, um die gestiegenen Anforderungen an die Prozes -
sorleistungen zu erfĂŒllen. Der INTEL Pentium, enthĂ€lt auf einem quadratischen PlĂ€ttchen mit einer GrĂ¶ĂŸe von nicht einmal 6 Quadratzentimetern ĂŒber drei Millionen Transistoren und zusĂ€tzlich noch einen
16 KByte großen Cachespeicher.
Diese hohe Integrationsdichte erfordert ein technisch extrem hoch entwickeltes Herstellungsverfahren, das die Bearbeitung von Strukturen in der GrĂ¶ĂŸenordung von einem Mikrometer (1 Millionstel Meter) möglich macht.
Einen Eindruck von der "GrĂ¶ĂŸe" einer solchen elektronischen Struktur kann man sich verschaffen,
wenn man sich vorstellt, dass ein menschliches Haar etwa 100 davon bequem ĂŒberdecken wĂŒrde.

Durch den Prozessorchip ist im wesentlichen festgelegt, wo innerhalb des Leistungsspektrums von Personalcomputern das betreffende System eingeordnet werden kann.
Eine wichtige GrĂ¶ĂŸe in diesem Zusammenhang ist neben der Leistungsklasse der CPU
die Taktfrequenz, mit der sie arbeitet.
Der Prozessor wird von einem externen Taktgeber, einem Quarz, angetrieben.
Die "Taktfrequenz", mit der dieser Quarz die CPU zur Arbeit zwingt, wird in Schwingungen pro Sekunde gemessen und in der Einheit "Megahertz" (MHz) angegeben.
Ein MHz entspricht einer Million Schwingungen pro Sekunde.
Eine 486 - CPU mit 5O MHz wird also in jeder Sekunde 50millionenmal zur Aktion gebracht, aktuelle Prozessoren werden mit bis zu 400 MHz betrieben.



Konkurrenz belebt das GeschÀft

Der fĂŒhrende Hersteller von Mikroprozessoren ist die Firma INTEL.
Die von INTEL seit 1978 entwickelten Prozessoren 8086, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX und Pentium II kennzeichnen acht verschiedene Generationen und Leistungsklassen
in der Geschichte der PC - Mikroprozessoren.

Doch INTEL hat mĂ€chtige Konkurrenz bekommen. Klangvolle Namen wie AMD, CYRIX, ja sogar IBM, fĂŒgen sich ein in die Reihe der bedeutenden Prozessorhersteller und INTEL - Konkurrenten. Dies schafft einerseits Verwirrung, andererseits kommt Bewegung in die Prozessorlandschaft. Es wird entwickelt wie
nie zuvor und INTEL versucht, mit dem Pentium dem Wettbewerb davonzulaufen.
Mit einem gigantischen weltweiten Werbefeldzug unter dem Slogan "INTEL inside"
schĂŒrte INTEL massiv die wachsende Verunsicherung der Verbraucher hinsichtlich der SoftwarekompatibilitĂ€t der INTEL - Konkurrenz. Selten waren die PC - Prozessoren einem solchen Preisdruck und rasanten Preisverfall unterworfen wie heute.


Die INTEL - Prozessoren

Ich will mit diesem Kapitel den Versuch unternehmen, das CPU - Chaos ein wenig zu durchleuchten und die Spreu vom Weizen zu trennen. Ich stelle euch im folgenden die einzelnen bis heute relevanten PC - Prozessoren mit ihren technischen Besonderheiten vor.
Die Kenntnis der Entwicklungsetappen der INTEL - Mikroprozessoren erscheint mir dabei als eine wichtige Voraussetzung fĂŒr das VerstĂ€ndnis der ZusammenhĂ€nge, um die es in diesem Kapitel geht.
Begleitet mich deshalb auf einer kurzen Reise durch die Vergangenheit des Personalcomputers und befaßt euch ein wenig mit der Entwicklungsgeschichte der verschiedenen Mikroprozessoren.


Am Anfang der PC - Geschichte: Die INTEL 8086/8088 - CPU

Als INTEL im Jahre 1978 unter der Bezeichnung 8086 den ersten 16 - Bit - Mikroprozessor der Welt auf den Markt brachte, gab es erstmals einen Ein - Chip - Prozessor, der von seiner LeistungsfĂ€higkeit fĂŒr höhere Programmiersprachen und leistungsfĂ€hige Betriebssysteme geeignet war.
Damit war der Grundstein fĂŒr die Entwicklung der Personalcomputer gelegt.

Doch obwohl der 8086 eine echte 16 - Bit - Struktur aufweisen konnte, also sowohl intern als auch extern mit einem 16 - Bit - Datenformat arbeitete, konnte er sich nicht so recht durchsetzen.
Die Produktion einer 16 - Bit - Hauptplatine mit den damaligen technischen Möglichkeiten hĂ€tte den Preisrahmen fĂŒr einen Personalcomputer gesprengt.
Daher gab IBM den Entwicklungsauftrag fĂŒr seinen historischen Nachfolger, die INTEL 8088 - CPU.

Dieser 8088 verwendet fĂŒr den externen Datenbus lediglich ein 8 - Bit - Format.
Intern kann er aber wie sein VorgÀnger 8086 mit einem 16 - Bit - Datenformat umgehen.



Diese EinschrĂ€nkung brachte zwar eine Leistungseinbuße von ca. 25% mit sich, aber dafĂŒr konnte die Produktion einer Hauptplatine erheblich vereinfacht werden.
Bei einer Million ist Schluß: Die 8086/8088 - CPU verfĂŒgt ĂŒber einen 20 - Bit - Adreßbus, also ĂŒber
20 Adreßleitungen und ist damit in der Lage, 2 hoch 20 Speicherstellen zu adressieren,
also 1.048.576 Byte. Damit ist die physikalische Speichergrenze des 8086/8088 - Prozessors auf 1 MByte festgelegt, eine Tatsache, die sich auch bei der Entwicklung des Betriebsystems MS - DOS niederschlug und die aus GrĂŒnden der KompatibilitĂ€t bis heute fĂŒr einen eingeschrĂ€nkten DOS - Speicher sorgt.
Beschauliche 4, 77 MHz waren der Original - Systemtakt; spÀtere Exemplare, vor allem die Nachbauten fernöstlicher Hersteller, wurden dann auch mit 8 und 10 MHz, noch spÀter sogar mit
12 MHz Systemtakt angeboten.

Der Urvater aller Personalcomputer, der lBM - PC, der mit einer HauptspeicherkapazitĂ€t von sagenhaften 64 KByte und einem Kassettenlaufwerk nebst einem nicht grafikfĂ€higen GrĂŒnmonitor im Jahre 1981 der Weltöffentlichkeit vorgesteIIt wurde, basiert auf dieser 8088 - CPU, ebenso wie sein unmittelbarer Nachfolger der IBM - XT, der einen erweiterten Hauptspeicher und sogar eine 10 - MByte - Festplatte sein eigen nennen darf.

Es fÀllt wirklich schwer, sich heute noch vorzustellen, wie man mit einem so schwachen Computer arbeiten konnte, aber Tatsache ist, dass die Software zu dieser Zeit gar nicht mehr Leistung brauchte. Selbst heute kÀme ein Textverarbeitungsprogramm unter MS - DOS, wie z.B. MS - Word 5.0 mit
der Leistung einer 8088 - CPU noch einigermaßen zurecht.

SĂ€mtliche Nachfolger des 8086 sind abwĂ€rtskompatibel, d. h., sie basieren auf demselben Befehlssatz und Speichermodell. Das bedeutet zum einen, dass jegliche Software, die fĂŒr den 8086 entwickelt wurde, auch von seinen Nachfolgern verarbeitet werden kann, zum anderen schlagen sich auch heute noch zahlreiche DOS - Programme mit der durch den 8086 vorgegebenen Speichergrenze herum.


Der 80286 wird geboren

Wenig spĂ€ter kam INTEL dann mit einem weiterentwickelten Prozessor, der 80286 - CPU, zu neuen Ehren. Dieser Prozessor verfĂŒgt sowohl intern als auch extern ĂŒber einen 16 - Bit - Datenbus, darĂŒber hinaus ist sein Adreßbus um vier Leitungen auf insgesamt 24 erweitert worden, womit der 80286
nun 2 hoch 24 Speicherstellen, also 16 MByte Speicher, adressieren kann.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied des 80286 zu seinem VorgÀnger besteht in einem erheblich verbesserten Befehlssatz. Das bedeutet, dass die Anzahl der Anweisungen, die der Prozessor pro Sekunde abarbeiten kann, nicht nur durch Erhöhung des Systemtaktes und damit der Arbeitsgeschwindigkeit gesteigert wurde, sondern auch durch eine effektivere Befehlsstruktur.
Die 80286 - CPU bearbeitet in der gleichen Zeit deutlich mehr Instruktionen als ihr VorgÀnger.

Der entscheidende qualitative Unterschied zur 8086/8088 - CPU bestand aber in der Erweiterung
der Betriebsmodi. In der "normalen" Betriebsart, dem "Real - Mode", arbeitet der 286er wie sein VorgĂ€nger, wodurch er in diesem Arbeitsmodus auch dem begrenzten Adreßraum von 1 MByte unterworfen ist.



Die zweite Betriebsart, der sogenannte "Protected Mode", versetzt den 80286 - Prozessor in die Lage, seinen erweiterten Adreßbus voll auszuschöpfen und bis zu 16 MByte Speicher zu adressieren.
Diese Eigenschaft konnten allerdings nur einige wenige Programme, z. B. Lotus 1 - 2 - 3 oder
MS - Windows, nutzen. MS - DOS war und ist fĂŒr den Protected Mode nicht geeignet,
es kann den Anwendungen lediglich 640 KByte Arbeitsspeicher zur VerfĂŒgung stellen.

IBM brachte seine ersten 268er, die (A)dvanced - (T)echnology - Modelle "AT", mit einem Systemtakt von 6 und 8 MHz auf den Markt. SpÀtere Entwicklungen wurden dann mit Taktfrequenzen von 10 oder 12 MHz ausgeliefert. Schnellere 286er hat es von INTEL nie gegeben, wohl aber von anderen Prozessorherstellern.


INTELs nÀchste revolutionÀre Etappe: Der 80386

Mt der nĂ€chsten Generation der PC - Prozessoren leitete INTEL eine geradezu revolutionĂ€re Etappe in der PC - Entwicklung ein. Die i386DX - CPU war der erste 32 - Bit - Prozessor, der auf PC - Hauptplatinen Verwendung fand. Die sowohl intern als auch extern verdoppelte Datenbusbreite erschloß dem
PC eine neue Leistungsklasse.

Grafikanwendungen, die bis dahin mit PCs nur recht unzulÀnglich waren, konnten jetzt in akzeptablen Zeiten bewÀltigt werden.
Grafische BenutzeroberflĂ€chen, allen voran MS - Windows, die naturgemĂ€ĂŸ höhere Anforderungen an die Rechnergeschwindigkeit des PC - Systems stellen, da nach jeder Aktion ein neuer Bildschirm berechnet werden muss, konnten nun erst richtig eingesetzt werden.

Mit Steigerung der Taktraten von zunÀchst 16 und 20 auf 25 bis 33 MHz und die zusÀtzliche Performance - Steigerung durch die Installation von externem Cachespeicher trugen die 386er einen guten Teil dazu bei, dass bis heute jedes PC - System ein "Grafikcomputer" ist, ein Zustand,
mit dem die AMIGA -, ATARI - und APPLE - Welt mit ihren Motorola - Prozessoren schon lÀnger lebte.
Der auf 32 Leitungen erweiterte Adreßbus macht einen Speicherbereich von 2 hoch 32 = 4.294.967.296 Speicherstellen, also 4 GByte, direkt adressierbar. Außerdem bekam der 386er eine neue Betriebsart
mit auf den Weg, den sogenannten "Virtual Real Mode".
Diese Betriebsart ermöglicht echtes Multitasking:
Jeder Anwendung, die zeitgleich mit einer anderen ablaufen soll, kann eine virtuelle CPU mit einem Speicherbereich von 1 MByte und einer eigenen Betriebssystemkopie im Speicher zugeordnet werden.
Diese virtuellen Computer arbeiten de facto wie mehrere voneinander unabhÀngige 8088 - Prozessoren nebeneinander in einem System.

Um diese kĂŒnstliche PC - Welt zu schaffen, brauchte es allerdings noch eine Erweiterung des Betriebssystems, die von Microsoft mit der Version 3.0 und spĂ€ter 3.1 der grafischen BenutzeroberflĂ€che MS - Windows alsbald veröffentlicht wurde.

SpÀtestens mit der Entwicklung des 80386 wurden die Rufe nach einem neuen PC - Betriebssystem, das die Leistungsbreite dieses Prozessors auch vollstÀndig ausnutzen kann, immer lauter. Das gute alte 16 - Bit - Betriebssystem MS - DOS hatte mit Erscheinen des 386ers im Grunde bereits ausgedient.

Eine Besonderheit der 386er Generation ist eine "abgespeckte" Version dieses Prozessors,
die unter der Bezeichnung i386SX mit Taktfrequenzen von 16 bis 33 MHz zu haben war.
"Abgespeckt" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der 386SX nur intern mit 32 - Bit - Breite
arbeitet - diesbezĂŒglich steht er seinem großen Bruder, dem "echten" 386er also um nichts nach.
Nach außen ist sein Datenbus allerdings nur so breit wie bei der 80286 - CPU, nĂ€mlich 16 Bit.

Auch der Adreßbus des "SX" entspricht dem des 286ers, d.h. sein Adreßbereich ist auf
16 MByte begrenzt, was ihn fĂŒr Multitasking - Anwendungen nur eingeschrĂ€nkt brauchbar macht.
Im Grunde handelt es sich um eine 386er CPU die auf einer erheblich preiswerteren 286er Hauptplatine betrieben wird. Darin liegt auch der Grund, warum der SX bei vielen Anwendungen im Vergleich zu seinem großen Bruder, dem "echten" 386er, deutlich langsamer ist. Er muss stĂ€ndig zwischen seiner internen 32 - Bit - und der externen 16 - Bit - Verarbeitung umschalten.
Das kostet Zeit - im Mittel gehen etwa 30 Prozent der Rechenleistung verloren.

Ein neuer Stern am PC - Himmel: der 80486

INTELs nĂ€chster Schritt in der Prozessor - Technik war die Entwicklung des80486DX, beschriftet mit "i486DX". Es handelt sich um eine 32 - Bit - CPU, aIso einen Prozessor, der ĂŒber jeweils 32 Adreß - und Datenleitungen mit seiner Umgebung kommuniziert.
Auch die internen Funktionseinheiten sind ĂŒber 32 - Bit - Verbindungen miteinander verknĂŒpft.
Hinsichtlich seines Daten - und Adreßbusses unterscheidet sich der 80486 also nicht von seinem VorgĂ€nger.

Doch der i486 vereinigt mehr Bauteile auf einem Chip als alle vorherigen Prozessoren.
Es handelt sich eigentlich um einen integrierten Chip, in dem vier verschiedene Funktionen zusammenfaßt sind; nĂ€mlich die CPU, ein mathematischer Coprozessor (NPU), ein Cachecontroller und zwei je 4 KByte große Cachespeicher. Sicherlich ist die Frage berechtigt, was ein "Speicher" innerhalb eines verarbeitenden Elements zu suchen hat. Ähnlich dem auf der Hauptplatine installierten externen Cache handelt es sich bei dem "On - Chip - Cache" des i486 um einen Zwischenspeicher zwischen
dem Prozessor und dem Arbeitsspeicher. Der interne CacheController sorgt dafĂŒr, dass die schnelle CPU so selten wie möglich auf den recht langsamen Hauptspeicher warten muss.
Der Cache wirkt wie eine Art "Intelligente Zwischenablage".

Auf diese Weise werden Wartezeiten weitgehend vermieden, ein Grund dafĂŒr, dass der 486er fast alle Operationen innerhalb eines einzigen Taktzyklus ausfĂŒhren kann.
Schon allein dieser Zusammenhang macht den i486 gegenĂŒber dem 386er eindeutig ĂŒberlegen.

ZunÀchst stellte INTEL das neue Rechenwunder in einer DX - Version vor.
Der Chip war fĂŒr 25, 33 und spĂ€ter auch fĂŒr 50 MHz lieferbar.
Als Reaktion auf die immer stĂ€rker und besser werdenden Konkurrenten im 386er - Markt schob der MarktfĂŒhrer dann eine SX - Version des Chips nach.
Doch anders als beim 386er kann der 80486SX auf denselben Hauptplatinen betrieben
werden wie sein großer Bruder, der DX. An der Ă€ußeren Verdrahtung wurde also nichts geĂ€ndert, sondern der Chip wurde kurzerhand seines integrierten Coprozessors beraubt und unter der Bezeichnung i4S6SX deutlich billiger angeboten.
Er ist fĂŒr Taktfrequenzen von 20, 25 und 33 MHz verfĂŒgbar, wird also auch
etwas langsamer getaktet als der DX.

Aufgrund dieser Konstellation wurde immer wieder diskutiert, ob INTEL unter dem SX - MĂ€ntelchen fehlerhafte DX - CPUs vermarktet, also solche, bei denen der Coprozessor nicht funktioniert oder die bei der ursprĂŒnglich vorgesehenen Taktfrequenz Schwierigkeiten bekommen.
Wirklich bestÀtigt hat sich das allerdings nie.

Hauptplatinen, die mit einem INTEL 486SX bestĂŒckt sind, verfĂŒgen nicht selten ĂŒber einen
Sockel, der einen i47SX - "Coprozessor" aufnehmen kann. Das, was INTEL hier dem unwissenden Anwender als Coprozessor verkauft, ist allerdings nichts anderes als ein vollwertiger 486DX - Prozessor. Nach Installation des "Coprozessors" kann deshalb die 80486SX - CPU getrost entfernt werden.
Einen externen mathematischen Coprozessor im klassischen Sinn gibt es fĂŒr INTEL 486er gar nicht.

Schon bei der 50 - MHz - Version des 486ers gab es fĂŒr die Platinenhersteller zahlreiche Probleme mit der externen Hochfrequenz zu lösen, und so manche Hauptplatine wurde auch auf den Markt gebracht, obwohl sie sich als störanfĂ€llig erwiesen hatte.
Um dem Bedarf nach noch mehr Prozessorleistung durch höhere Taktfrequenzen nachzukommen, ersannen die Konstrukteure bei INTEL deshalb einen besonderen Kunstgriff, der in einer CPU
mit der Bezeichnung 80486DX2 alsbald fĂŒr Aufsehen sorgte.

Die i486DX2 - Prozessoren sind genauso aufgebaut wie der normale 486DX.
Allerdings machen sie sich zusÀtzlich die neue Technologie der "Internen Taktverdopplung" zunutze.
Das bedeutet, dass die Frequenz, mit der die Hauptplatine und damit alle Operationen außerhalb des Prozessors (z.B. der Speicherzugriff) getaktet werden, innerhalb der CPU verdoppelt wird.
Die CPU arbeitet also doppelt so schnell wie der Rest der Hauptplatine. INTEL liefert die DX2 - Version des 486ers fĂŒr zwei Frequenzen, nĂ€mlich 25 MHz (486DX2 - 50) und 33 MHz (486DX2 - 66).



Seit Ende 1993 liefert INTEL seinen Pentium in StĂŒckzahlen. Trotzdem wurde der "Vierer" noch einmal weiterentwickelt - er wartet unter der Bezeichnung i486DX4 mit einer Reihe interessanter Features auf, ich komme nachher noch einmal darauf zurĂŒck.


Das nÀchste Flaggschiff der INTEL - Flotte: Der Pentium

Großes Aufsehen erregte er schon auf der CeBIT 1992 in Hannover.
Die Rede ist von INTELs fĂŒnfter Prozessorgeneration, klangvoll Pentium genannt.
So manch einer schob die Anschaffung eines 486ers trotz drastisch fallender Preise immer weiter auf.
Die PC - Welt wartete gespannt auf den Sprung in die fĂŒnfte Dimension.

Aber bevor er sich richtig durchsetzen konnte, wurde die Euphorie durch Bekanntwerden eines zunÀchst verschwiegenen Konstruktionsfehlers wieder gebremst. Der Pentium rechnete falsch.
Obwohl der Fehler des integrierten Coprozessors nur bei Divisionen von ganz bestimmten Fließkommazahlen auftritt; eine relativ unwichtige Nachkommastelle betrifft, und bei nichtwissenschaftlichen Anwendungen statistisch gesehen nur etwa alle 20.000 Jahre auftritt, geriet
sogar INTELs Aktienkurs massiv unter Druck. Seit Dezember 1994 ist der Fehler behoben, und INTEL tauscht die fehlerhaften Chips auf Wunsch kostenlos gegen ein fehlerfreies Exemplar aus.







Doch trotz des ganzen Wirbels um den sogenannten "Bug":
Der Pentium ist ein hervorragender Prozessor, und gegenĂŒber seinem VorgĂ€nger
bringt er wieder einige wirklich wegweisende Neuerungen mit.
Der Adreßbus bleibt unverĂ€ndert bei 32 Leitungen. Es bleibt also bei einer 32 - Bit - Prozessorarchitektur.
Dennoch kann der Pentium in einer Breite von 64 Bit auf den Arbeitsspeicher zugreifen: Sein Datenbus wurde gegenĂŒber seinem VorgĂ€nger um 32 Leitungen auf 64 Bit erweitert.

Der integrierte Befehls - und Datencache, der schon vom 80486 her bekannt ist, wurde beim Pentium auf die doppelte GrĂ¶ĂŸe gebracht. Insgesamt also 16 KByte (2 mal 8 KByte) Cachespeicher stehen auf dem Chip zur VerfĂŒgung, sĂ€uberlich getrennt in Daten - und Befehlscache.
Dies allein bewirkt schon eine spĂŒrbare Leistungssteigerung, da es auf diese Weise möglich wird, in einem Arbeitsschritt 8 Byte aus dem Arbeitsspeicher in den internen Cache oder umgekehrt zu ĂŒbertragen.
Bei einem internen Systemtakt von 100 MHz z.B. errechnet sich daraus eine DatenĂŒbertragungsrate von bis zu 800 MByte je Sekunde.

Anders als sein VorgĂ€nger verfĂŒgt der Pentium ĂŒber zwei parallel arbeitende Recheneinheiten,
die sogenannten Integer - Pipelines. Diese parallele Architektur ermöglicht fĂŒr die Mehrzahl der Befehle eine parallele Bearbeitung. Pro Taktzyklus können also zwei Befehle bearbeitet werden. Komplexere Befehlsstrukturen, fĂŒr die eine 486 - CPU z.B. elf Taktzyklen benötigte, schafft der Pentium unter UmstĂ€nden in nur noch fĂŒnf Arbeitsschritten.

Die wesentliche Neuerung des Pentium ist aber die Optimierung der Arbeitsweise
der sogenannten Floating - Point - Unit.
Gemeint ist der integrierte Coprozessor, der fĂŒr die Fließkomma - Arithmetik zustĂ€ndig ist. FĂŒr .
Addition und Multiplikation werden jetzt nur noch drei Arbeitstakte benötigt, im Gegensatz zu zehn Zyklen beim 486er. Die DurchfĂŒhrung einer Division erfordert beim 486er je nach Genauigkeit bis zu 73 Arbeitstakte. INTELs Pentium kommt mit 18 bis 38 Taktzyklen aus, auch in der fehlerbereinigten
Version.

DarĂŒber hinaus ist die Arithmetik - Einheit des Pentium ĂŒber einen 64 - Bit - Bus mit den beiden Befehlspipelines verbunden. Hier werden also noch einmal höhere Transferraten erreicht als beim i486, dem dort nur ein 32 - Bit - Bus zur VerfĂŒgung steht.
Daraus folgt, dass ein Pentium - PC - System in dem Maße schneller als ein 486er ist, je grĂ¶ĂŸer der Anteil an Fließkommaoperationen bei der Anwendung ausfĂ€llt.
Technisches Zeichnen und die Bearbeitung dreidimensionaler Grafik werden deutlich mehr von der Pentium - Leistung profitieren als andere Anwendungen. Leistungssteigerungen gegenĂŒber gleichgetakteten 486ern um den Faktor 5 sind bei stark rechenintensiven Anwendungen
durchaus erzielbar. Aber auch bei "gewöhnlichen" Integer - Anwendungen hat der Pentium aus den oben beschriebenen GrĂŒnden deutlich die Nase vorn, bei gleicher Taktfrequenz ist hier
Faktor 2 gegenĂŒber einem 486er möglich.

Hinsichtlich der Taktfrequenz von Prozessoren gab es zunÀchst eine physikalische Leistungsgrenze,
die bei 66 MHz angesiedelt war. Höhere Frequenzen fĂŒhrten unter anderem zu Temperaturproblemen.
Immerhin leisten auf dem 5,5 Quadratzentimeter großen Chip ĂŒber drei Millionen Transistoren ihre Arbeit und sorgen fĂŒr eine WĂ€rmeabgabe von ca. 12 Watt.
Die Chips werden schlicht und ergreifend zu heiß. Schon die 50 - und 66 - MHz - Varianten des 486ers durften nach INTEL - Spezifikation nur mit einem speziellem CPU - KĂŒhler betrieben werden.

Um einerseits höhere Frequenzen möglich zu machen und andererseits den Stromverbrauch der CPU zu senken (interessant fĂŒr den Einsatz in akkubetriebenen GerĂ€ten), entwickelte INTEL ein Verfahren, bei dem die Stromversorgung des Prozessors von 5 Volt auf 3,3 Volt herabgesetzt wird.
Diese Technologie macht eine weitere interne Taktvervielfachung möglich, ohne die Chips in unertrÀgliche Temperaturbereiche zu bringen.
FĂŒr den Pentium bedeutete dies zunĂ€chst eine 90 - MHz - Version, die seit FrĂŒhjahr 1994 im Handel ist. Bald folgten Versionen mit 75, 100, 120, 133, 150, 166 und schließlich 200 MHz.



Der i486DX lebt noch einmal auf

Zwei neue Vierer Die durch 3,3 - Volt - Technik mögliche Taktverdreifachung fĂŒhrte auch beim 486er noch zu zwei weiteren Modellen. INTEL gab ihnen die verwirrende Bezeichnung IntelDX4.
Den 80486DX4 gibt es in zwei Versionen, eine fĂŒr 25 MHz externen Takt (intern verdreifacht auf 75 MHz, 486DX4 - 75) und eine fĂŒr 33,3 MHz externen Takt (intern verdreifacht auf 100 MHz, 486DX4 - 100).
ZusÀtzlich zur Taktverdreifachung bringt diese CPU in Anlehnung an den
Pentium noch einen getrennten, je 8 KByte großen Befehls - und Datencache mit, der damit doppelt so groß ist wie bei seinen VorgĂ€ngern.







Der Pentium ist tot, es lebe der Pentium


Nachdem der Pentium fehlerfrei und gĂŒnstiger war, setzte er seinen Siegeszug fort.
Von nun an ging die Entwicklung so rasant von sich, dass man ruhig sagen kann es gibt
halbjÀhrlich einen neuen Prozessortyp mit unterschiedlichsten Taktfrequenzen.

Kaum war der Pentium Pro am Markt, der am besten fĂŒr Server geeignet ist,
wurde er auch schon wieder von der BildflÀche durch den Pentium MMX gefegt.
Dieser ist ein hervorragender Rechenknecht was Spiele betrifft, er ist zur Zeit der am
hÀufigsten verwendete Prozessor. Jedoch auch ihm steht ein langsamer aber sicherer Tod bevor.







Ein Pentium Pro Prozessor Pentium Pro Prozessor

Sein Nachfolger der Pentium II ist schon auf dem Weg zu seinem großen Durchbruch.
Er ist mit Taktfrequenzen von 233, 266, 300, 333, 350 und 400 MHz erhÀltlich.
Er ist jedoch fĂŒr den Heimgebrauch noch zu teuer, ein Pentium II mit 300 MHz kostet etwa 6.500 öS.
Dagegen ist der Pentium II mit 400 MHz bereits mehr als das doppelte teurer.







Da heißt es abwarten und Tee trinken, denn die nĂ€chste Prozessor - Generation kommt bestimmt
und somit auch der Preisverfall fĂŒr die zur Zeit noch zu teuren PC - Systeme.


Ich hoffe, meine Arbeit konnte einen kleinen Einblick in die komplizierte Struktur eines Prozessors
gewÀhren. Man sieht hier, wie kompliziert ein PC - System ist, wenn so viele Jahre Forschung und
Entwicklung von nöten waren um einen Prozessor zu entwickeln der den heutigen Anforderungen gerecht wird.

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